ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Уголь представляет собой одно из важнейших природных ископаемых, залегающее в недрах земли. Это горючая осадочная порода растительного происхождения, в состав которой в основном входит углерод, а также ряд некоторых других химических элементов (рис. 1).
Рис. 1. Уголь. Внешний вид.
В зависимости от времени образования угля выделяю бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Чем «старше» ископаемое, тем выше в нем содержание углерода и ниже концентрация летучих компонентов, главным образом воды. К примеру, влажность бурого угля составляет 30-40%, а содержание летучих компонентов находится на уровне 50%, в то время как для антрацита оба этих параметра расположены в диапазоне 5 - 7%.
Помимо вышеперечисленных составляющих, в качестве основополагающих компонентов угля можно назвать негорючие золообразующие добавки и серу. Плотность угля составляет 1 до 1,7 г/см 3 , причем данная величина зависит не только от вида угля, но и от содержания в нем минеральных веществ. Кроме обычной плотности для угля часто указывают значение так называемой насыпной плотности. Это связано с тем, что несмотря на факт уплотнения, утрамбования, увлажнения и прочих «строительных» операций, плотность угля все равно не достигает истинной физической. Насыпная плотность угля составляет 800 - 850 до 1000 кг/м 3 .
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Плотность паров простого вещества хлора по водороду - 35,5. Определите формулу хлора. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Молярная масса газа равна его плотности по отношению к другому газу, умноженной на молярную массу второго газа: Тогда, молярная масса газа хлора будет равна: M gas = D H 2 ×M(H 2) = 35,5× 2 = 71 г/моль. M r (H 2) = 2 ×A r (H) = 2 × 1 = 2. Относительная атомная масса хлора равна 35,453а.е.м. Тогда, в состав молекулы хлора входит M gas /A r (Cl) атомов хлора: M gas / A r (Cl) = 71 / 35,453 = 2. Значит формула молекулы фосфора Cl 2 . |
| Ответ | Молярная масса хлора равна 71 г/моль, а формула молекулы хлора Cl 2 |
ПРИМЕР 2
| Задание | Плотность газа по воздуху - 3,5862. Массовая доля элемента кремния в нем - 26,92%, а фтора - 73,08%. Выведите формулу газа. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Обозначим число атомов кремния в молекуле через «х», число атомов фтора через «у». Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов кремния и фтора (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Ar(Si) = 28; Ar(F) = 1. Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения: x:y = ω(Si)/Ar(Si) : ω (F)/Ar(F); x:y = 26,92/28: 73,08/19; x:y = 0,96: 3,85 = 1: 4. Значит простейшая формула соединения кремния и фтора имеет вид SiF 4 . Значение молярной массы газа можно определить при помощи его плотности по воздуху: M gas = M(air) × D air (gas) ; M gas = 29 × 3,5862 = 104 г/моль. Чтобы найти истинную формулу соединения кремния и фтора найдем отношение полученных молярных масс: M gas / M(SiF 4) = 104 / 104 = 1. M(SiF 4) = Ar(Si) + 4 × Ar(F) = 28 + 4 × 19 = 28 + 76 = 104г/моль. Таким образом формула вещества будет иметь вид SiF 4 . Это фтористый кремний. |
| Ответ | Формула газа — SiF 4 . Это фтористый кремний. |
Залежи угля формируются в недрах земли. Происходит это, за счет накапливания растительных остатков, подвергающихся разложению и давлению горных пород. Наиболее пригодная среда для залегания ископаемого - болотистая торфяная местность, образовавшаяся при сдвигах тектонической плиты. Каменный уголь, претерпевает существенные химические изменения в своей структуре - обогащается углеродом и теряет влагу, кислород и летучие вещества. Минеральные примеси угля, представлены углеобразователями и минеральными новообразования. Они принимают форму тонкой дисперсии, кристалликов, тонких прослоек линз и конреции. В следствии сложных процессов образуется твердая горючая форма, черного цвета.
КУ имеет ряд физический особенностей, он:
Согласно, приведенным выше данным, вес 1 м3 каменного угля, составляет от 1200 кг/м³ до 1500 кг/м³. КУ пригоден для промышленного использования, при условии >30% зольности.
Наиболее важным критерием для данного полезного ископаемого выступает - теплота сгорания. КУ отличается высокой теплоотдачей, влажная беззольная масса выделяет - порядка 23,8Мдж/кг или 5700ккал/кг. Состав КУ зависит от места образования залежей, и имеет ряд сложных компонентов:
| Вещество | Углерод | Водород | Кислород | Сера | Азот | Летучие вещества | Вода | Зола |
| Массовая часть % | 75 - 95 | 1,5 - 5,7 | 1,5 - 15 | 0,5 - 4 | >1,5 | 2 - 45 | 4 - 14 | 2 -45 |
Сфера применения каменного угля.
КУ широко применяется во многих сферах производства:
Расчеты объёмов и массы каменного угля.
Ввиду обширного использования полезных ископаемых, существует обоснованная необходимость, знать объёмный вес угля каменного. Удельный вес каменного угля различают на 2 типа:
В промышленных целях, для расчета потребности в топливном компоненте, такое деление чрезвычайно важно.
Удельный вес угля каменного , имеет следующую формулу расчета:
УВКУ = Вес твердых частиц ⁄ Объем твердых частиц
УВ имеет свойство меняться, в зависимости от вида угольной породы, расчеты его изменений, приведены в таблице.
Насыпная плотность материала определяется отношением массы материала к занимаемому им объему. Для угля, песка и цемента она выражается в кг/куб. м. Под насыпной плотностью подразумевается объем материала, который он занимает в неуплотненном состоянии. Черпнули ковшом экскаватора, насыпали – вот она, «насыпная» плотность.
Песок
Песок далеко не всегда бывает чистым, очень часто он бывает не промытым или промытым плохо, здесь остается только уповать на совесть поставщика, ну и не забывать самому контролировать качества песка хотя бы визуально: сколько мусора в песке и не видны ли не размытые комья глины. Ниже приведена насыпная плотность для чистого сухого песка.
Если песок влажный, то вес 1 куб. м этого материала можно смело увеличивать на 10-12%.
Насыпная плотность для чистого сухого песка:
- Песок карьерный: 1500 кг.
- Речной песок: 1600 кг.
- Песок кварцевый: 1700 кг.
Приблизительно проверить насыпную плотность песка можно следующим образом. Взвесьте пустое ведро, затем наполните ведро, песком насыпая его с некоторой высоты, песок в ведре не уплотняйте. Взвесьте ведро, затем разделите 1000 на литраж ведра и умножьте полученное число на вес песка без учета веса ведра.
Например, ведро 12 литров, пустое оно весит 1 кг, наполненное песком 19 кг. Делим 1000:12=83,33 (количество таких ведер в 1 куб. м по объему). 19-1=18 (вес песка в ведре). 18 х 83,33= 1499,9 кг данного песка занимает объем 1 куб. м.
Цемент
Насыпная плотность цемента разных марок (М200, М300, М400, М500) будет приблизительно одинаковая, при слеживании насыпная плотность значительно увеличивается, и происходит это довольно быстро. Для удобства взаиморасчетов принято считать, что 1 куб. м качественного цемента весит 1300 кг.
Хотя это не совсем так: свежопроизведенный цемент марки М500 имеет насыпную плотность 1100 кг/ куб. м, а слежавшийся (но вполне еще годный к употреблению) 1600 кг/куб. м.
Проверить насыпную плотность цемента можно по аналогии с песком.
Уголь
С углем все намного сложнее, так как насыпная плотность очень сильно зависит от размера фракций, а с углем это тяжко: размер от больших глыб до угольной пыли, также различные марки угля тоже весят по-разному. Вес угля одной и той же марки и одного класса размеров, но из разных угольных бассейнов, также может существенно различаться.
В Российской Федерации применяется следующая классификация угля. Поскольку здесь мы рассматриваем насыпную плотность, то температуру горения и прочие полезных характеристики я приводить не буду, приведу только название марок и классификацию по размеру кусков.
Бурый (Б), Длиннопламенный (Д), Газовый (Г), Жирный (Ж), Газовый жирный (ГЖ), Коксовый (К), Коксовый жирный (КЖ), Коксовый второй (К2), Слабоспекающийся (СС), Тощий (Т), Отощенно-спекающийся (ОС), Антрацит (А).
Классификация по размеру кусков:
- Более 100 мм – П (плита),
- 50-100 мм – К (крупный),
- 25-50 мм – О (орех),
- 13-25 мм – М (мелкий),
- 6-13 мм – С (семечка),
- 0-6 мм – Ш (штыб).
Без классов: Р (рядовой), 0-300 мм – карьерный, 0-200 мм – шахтный.
Название угля записывается так: на первом месте марка, на втором размер.
Чаще всего попадаются смешанные по крупности классы, например ДКОМ (длиннопламенный, крупный + орех + мелкий, т. е. от 13 до 100 мм).
Данные, которые я приведу, довольно усредненные – так, чтобы иметь понятие, в общем, так как на данный момент уголь продают в большинстве случаев на вес, а не объем.
| Марка угля | Удельный вес 1 куб. м
(Вес 1 куб. м материала, если предположить, что это монолитный кусок объемом 1 куб. м) |
Насыпной вес некоторых ходовых видов (по крупности) угля |
| Бурый (Б) | 1250-1500 кг/куб. м | БКО 680-720 кг/куб. м |
| Длиннопламенный (Д) | 1280-1350 кг/куб. м | ДПК около 800 кг/куб. м, ДКОМ около 700 кг/куб. м |
| Жирный (Ж) | 1250-1300 кг/куб. м | ГЖО около 800 кг/куб. м |
| Газовый (Г) | 1280-1330 кг/куб. м | ГЖО около 800 кг/куб. м |
| Тощие (Т) | 1310-1390 кг/куб. м | ТР 1250-1300 кг/куб. м |
| Антрацит (А) | 1000-1150 кг/куб. м | АС около 800 кг/куб. м |
Проверить насыпную плотность, которую узнали от продавца, можно также по аналогии с песком, но тару лучше взять побольше, чтобы уменьшить погрешность. Погрешность результатов будет заметно больше, чем у сыпучих материалов. Для определения плотности угля существует целый ГОСТ(54246-2010), но он используется для промышленных объемов угля.
Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.
Состав угля зависит от возраста: самый молодой — бурый уголь (марка 1Б по свойствам ближе к древесине, 3Б — к каменному углю), затем идет каменный уголь , старше всех антрацит . По мере старения происходило концентрирование углерода и уменьшение содержания летучих составляющих, в частности, влаги. Так, бурый уголь имеет влажность 30-40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита оба показателя составляют 5-7%.
Кроме основных компонентов, уголь содержит "породу": различные негорючие золообразующие добавки. Наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания
угля, увеличивает износ механизмов котла, затрудняет углеподготовку (дробление угля до нужной фракции). В зависимости от сорта и условий добычи зольность может различается очень сильно. Так, зольность кузбасского каменного угля 15-17%, бурого балахтинского (Красноярский край) менее 10%, но в России встречаются угли с зольностью до 30-35%.
Зола является
вредным отходом, загрязняющим окружающую среду, и подлежит утилизации на специальных полигонах. Для удобства вывоза зольник в Термороботе сделан съемным, транспортабельным.
Есть также "зола уноса
", определяющая экологические показатели котла, ее количество учитывается при экологической экспертизе проекта котельной
. Выброс пыли зависит от сорта угля, мощности и конструкции котла.
Важным показателем угля является температура плавления золы
, зависящая от химического состава породы в конкретном угле, она определяет спекаемость (шлакование) угля в топке котла.
Есть еще один вредный компонент угля — сера . При сжигании серы образуются ее окислы, которые, взаимодействуя с водой, превращаются в серную кислоту. Она загрязняет окружающую среду и дает кислотный конденсат, разрушающий элементы котла. Содержание серы обычно находится в пределах 0,1-1%.
Основной показатель топлива — удельная теплота сгорания . В сертификатах указывают "высшую " и "низшую " теплоту сгорания, их отличие описано . При выборе угля и при следует обращать внимание на низшую теплоту, обозначаемую в сертификатах Q i r . У бурого угля ее значение составляет 3000-5000, у рядового каменного угля 5000-5500 ккал/кг. В справочниках можно встретить значение 7000 ккал/кг, это относятся к угольному концентрату ("условное топливо"), на обычных угольных складах таким углем не торгуют.
Плотность угля
— от 1 до 1,7 т/м 3 в зависимости от содержания минеральных веществ, но в практических расчетах следует пользоваться "насыпной плотностью
". Для рекомендованного нами балахтинского угля 3Б она составляет 0,8 т/м 3 (бункер котельной Терморобот-300 объемом 5 м 3 вмещает 4 тонны угля). Насыплая плотность сортового каменного угля около 0,85 т/м 3 .
Как горит уголь
Уголь содержит 2 горючих компонента: летучие вещества и твердый коксовый остаток . Конструкция котла должна обеспечить полное сжигание обоих компонентов топлива. Механический или химический недожог очень сильно снижает и его экологические показатели.На первом этапе горения происходит газификация угля : из него выделяются летучие вещества; при достатке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя. Затем выгорает коксовый остаток; интенсивность и температура его горения зависит от вида угля (бурый, каменный, антрацит): чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.
Уголь марок Б, Д, Г
Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает. Уголь этих марок доступен и пригоден почти для всех видов котлов, но для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха (так, в котлах Терморобот ТР-200, ТР-300 уголь подается почти непрерывно). Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и чёрный дым.
Разжечь такой уголь труднее; он горит долго и выделяет много тепла; его можно загружать большими партиями, так как в нем горит в основном коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ. Очень важен режим поддува: при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно угасание, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к прогоранию котла. В Термороботе при использовании углей СС и Т резко (на 30-50%) снижается мощность котла, это следует учитывать при выборе мощности котла. Использование в Термороботе угля А (антрацита) не допускается.
Cтраница 1
Насыпной вес угля определяется удельным весом угольного вещества и объемом свободных промежутков между угольными частицами.
Насыпной вес угля связан с величиной тангенса угла естественного отко-с а его засыпи, которая зависит от коэффициента трения скольжения между угольными зернами. Угол естественного откоса измельченных до 0 - 3 мм углей составляет 40 - 45 С при влажности 6 - 8 %, а для более мелких зерен эта величина уменьшается до 16 С.
Насыпной вес угля имеет большое практическое значение, так как он предопределяет площади напольных складов, объем бункеров для топлива на заводах, грузоподъемность железнодорожных вагонов при определенном их объеме и пр.
Вычисленный насыпной вес угля имеет значение точной характеристики только при указании ситового состава данной партии топлива, а также при указании его влажности и зольности.
Увеличение насыпного веса угля и умень-шение ширины камеры коксования вызывают увеличение распирания угля.
Теоретически зависимость насыпного веса угля от влажности может быть объяснена следующим образом. Уголь - гидрофобное вещество, плохо смачивающееся водой. Гидрофильными свойствами обладают преимущественно минеральные частицы. Поэтому угольные частицы смачиваются в основном за счет минеральных частиц, расположенных на поверхности.
Положение минимума насыпного веса угля в интервале влажности 6 - 10 % изменяется в зависимости от ситового состава угля. Для более тонкого измельчения минимум насыпного веса достигается лри более высоком значении влажности. Более тонкий помол увеличивает число контактов между частицами. Поэтому общее количество воды, которое может быть удержано капиллярными силами (мениски) в точках контакта, увеличивается.
При наибольшей крупности насыпной вес угля возрастает с увеличением влажности. Даже здесь влага угля должна иметь небольшое влияние на плотность слоя угля, так как, если бы этого не было, насыпной вес повышался бы в том же процентном отношении, как и содержание воды. С уменьшением крупности частиц угля понижение насыпного веса при добавлении воды становится более заметным. Более значительная разница между насыпным весом влажного и сухого угля появляется при промежуточных размерах зернения угля, вероятно, потому, что мелочь вообще имеет очень малый насыпной вес, даже когда находится в сухом состоянии.
Отчетность за сотрудников
